Como fazer um comparador com ci

CI 741 – ATUANDO COMO COMPARADOR DE TENSÃO

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Antes de mais nada, o que tem dentro de um 555?
Mais flexibilidade com o 555
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Um amplificador operacional ou amp op é um amplificador com ganho muito elevado. Tem dois terminais de entrada: um terminal designado por terminal inversor(-) e o outro identificado por terminal não inversor(+). A tensão de saída é a diferença entre as entradas + e – , multiplicado pelo ganho em malha aberta:

A saída do amplificador pode ser única ou diferencial, o que é menos comum. Os circuitos que utilizam amp ops frequentemente utilizam a realimentação negativa (negative feedback). Porque devido ao seu ganho elevado, o comportamento destes amplificadores é quase totalmente determinado pelos elementos de realimentação (feedback).

Para saber a função do circuito devemos analisar as entradas do comparador. A entrada (-) está ligada a uma tensão fixa de 3V através de R1 e Z1 enquanto a entrada (+) está ligada a uma tensão variável através de R2 e R3. Como a entrada (-) fica com uma tensão de 3V podemos dizer que a saída cai e acende o led quando a tensão da entrada (+) cai abaixo de 3V, ou seja, quando a tensão da bateria cai. Assim podemos dizer que esse circuito é um indicador de bateria baixa.

Como a saída do comparador muda de estado exatamente no momento que a entrada (+) fica menor que a entrada (-), para calcular o valor da tensão da bateria que muda a saída do comparador devemos “igualar” a tensão nas duas entradas. Como a entrada (-) tem 3V fixos, se colocarmos 3V na entrada (+) fica 3V sobre R3 e 3V sobre R2 resultando em 6V na bateria. Portanto podemos concluir que o led acende quando a tensão da bateria cai a 6V.

A desvantagem do comparador simples é que se a tensão “variável’ variar lentamente pode chegar um momento que as duas entradas ficam com a mesma tensão criando uma situação instável na saída. Esse inconveniente pode ser evitado com o comparador de tensão com histerese.

Olá caro leitor. Falamos há poucos dias em como configurar o conhecido integrado 555 como multivibrador astável com geração de onda quadrada simétrica. Continuando nessa linha de raciocínio, neste artigo vamos apresentar uma outra configuração não usual desse versátil: o 555 como comparador de tensão e porque vale a pena conhecer seu uso.

Antes de mais nada, o que tem dentro de um 555?

Para entender como o integrado 555 pode funcionar como comparador de tensão, devemos primeiro relembrar a arquitetura simplificada desse timer, vamos começar observando a figura abaixo:

Figura 1: O CI 555

O 555 pode ser chamado de uma maravilha da eletrônica justamente por combinar componentes analógicos e digitais em um único encapsulamento, mas observem que internamente temos dois comparadores analógicos entre os pinos 2 e 6, bem como a conhecida rede resistiva entre 1 e 8 com uma derivação que chega ao pino 5. A configuração desse comparador tem o nome de comparador de janela, de forma que seu estado só muda quando a tensão de entrada excede um de dois dois níveis de tensão especificados como referência.

No caso do 555 os níveis padrão de tensão são 1/3 e 2/3 da tensão de alimentação aplicada ao pino 8. Ao aplicar simultaneamente uma tensão de entrada nos pinos 2 e 6, essa vai ser constantemente comparada com esses dois níveis de tensão de forma a ocorrer o seguinte:

Quando a tensão de entrada for elevada de modo a ultrapassar o limite de 2/3 da tensão no pino 8, a saída do comparador de tensão ira a 0V;
Quando essa mesma tensão reduz e fica menor que o nível de 1/3 da tensão do pino 8, a saída no pino 3 será colocada na tensão de alimentação;
Em qualquer outro estado diferente dessas duas condições a tensão de saída não se altera.

Atente-se, leitor: a última regra, ela basicamente significa imunidade a uma grande quantia de ruídos, pois ele possui uma histerese que impede que a saída se altere se a tensão de entrada estiver dentro dessa área, sendo perfeito para limpeza de trem de pulsos quadrados. Além disso seu uso como monitor de tensão vai ser muito mais estável do que uma configuração básica de comparador analógico.

Mais flexibilidade com o 555

As vantagens não param por ai. Em troca de um aumento na região de histerese, cerca de 50% da tensão de referência utilizada vai ser possível com que a tensão de referência do nosso comparador de tensão possa ser ajustável permitindo com que ele trabalhe nas mais diversas aplicações com boa imunidade a ruídos que possam aparecer na tensão de entrada. Na figura abaixo mostramos como configurar o 555 para o modo comparador de tensão com referência ajustável, bem como o resultado da simulação. Vejam:

Figura 2: Forma de Onda do circuito comparador com 555

Em azul temos um sinal quadrado que chega à entrada do nosso comparador com o 555, que são os pinos 2 e 6 interligados. Observem que quando o sinal de entrada ultrapassa a tensão de referência (em vermelho), imediatamente o sinal de saída (verde) muda de estado. Na segunda metade do ciclo, o sinal azul decresce, fica menor que a tensão de referência, mas vejam que a saída não se altera. Isso só vai ocorrer quando o sinal de entrada for menor que 50% da tensão de referência. No caso do esquema elétrico, V3 é a referência situada em 4V. Assim o sinal só vai se alterar quando a entrada cair abaixo dos 2V ilustrando o efeito da histerese de 50%.

Vejam que o circuito é mais simples do que as configurações clássicas do 555, a tensão de referência foi simulada com uma fonte de tensão, mas podem ser utilizadas referências de tensão como zeners, ou o conhecido TL431, divisores resistivos também são bem vindos. Porém deve-se cuidar para que a impedância equivalente de saída seja baixa de modo a influenciar o mínimo possível a rede resistiva interna do 555 (composta de resistores de 5KOhms).

Conclusão

O 555 mostra-se novamente uma solução versátil para resolução de problemas de hardware no dia a dia. Neste artigo apresentamos uma configuração de comparador analógico com histerese e referência ajustável de movo a fornecer uma alternativa à compra de componentes mais difíceis de encontrar nas lojas populares de eletrônica no Brasil como os comparadores LM311 ou LM339. Além disso o comparador por histerese com 555 exige apenas a tensão de referência como componente externo e pode funcionar com fonte simples, sendo adequado à grande maioria de aplicações em que é necessário monitorar algum nível de tensão. Espero que essa dica seja útil ao leitor. É isso, até a próxima.